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数字存储完全指南 06:理解 U 盘、内存卡、移动硬盘和手机

发布时间:2022-08-09 06:04:21 来源:bob新彩种 作者:bob安卓版竞猜

  这是少数派与国民好物 aigo 联合推出的信息储存设备的科普系列文章。作为国内早期的存储设备制造商及佼佼者,感谢 aigo 对本文提供的一系列支持,包括但不限于技术知识指导、市场难寻的老物件以及作者用于拆解介绍的最新产品等。

  我们希望通过最简洁通俗的描述,带领大家了解信息储存设备的基本原理,知道那些复杂的参数,如何挑选购买适合自己的存储设备,又是如何更好地使用,更安全稳定地保存我们的数据,以及未来我们能够用上什么技术。 另本系列虽然与 aigo 联合发起,但所有内容不涉及任何品牌指导或要求的商业营销。

  上一章我们了解到了另一种特殊的储存介质,运行内存的方方面面,本章我们就继续来介绍除了机械硬盘和固态硬盘外,我们常用的一些储存设备,包括 U 盘、内存卡、移动硬盘和手机储存芯片。它们都是使用 NAND 颗粒来储存数据,并且有着相同的工作结构,不过形态和实际性能却截然不同。

  说完运行内存,接下来再说一个大家更加熟悉的东西 —— U 盘(很多人也叫它优盘)。从学生时代开始,这玩意儿估计是大部分人必备的一个东西,带着我们重要的文档(或许还有病毒~),流连在各个电脑的 USB 接口之间。比如底下这个超经典的金士顿 U 盘,应该都曾经拥有或者见过别人用这个吧:

  也许现在大部分人用的还是好几年前的 U 盘,但其实除了我们印象中的那些经典 U 盘,现在的 U 盘已经发展得更加成熟,稳定性和速度都有了很大提升,还出现了新的品类。接下来我就给大家详细介绍一下 U 盘的结构原理和一些我们需要了解的参数。

  和现在金属一体外壳的 U 盘越来越多不同,以前的 U 盘大多数是塑料外壳。还要了解 U 盘的结构和原理非常简单,我们只需要拆一个 U 盘就行了。

  原本我费了九牛二虎之力把自己的金士顿 U 盘拆了,然后仔细瞅了半天感觉不像正品,又在网上找了下图片才发现不一样,也懒得去弄清楚是不同版本还是盗版了,反正金士顿不管是 U 盘还是固态盗版比正版卖得还多,估计连商家自己都分不清楚。

  我们就以网上找到的图片作为标准,大家看后面的那个颗粒是不是很熟悉?没错,它就是在固态上使用的 NAND 颗粒,具体到这个 U 盘使用的还是东芝(还不是铠侠)的单通道 64 层 TLC 颗粒(黑片)。

  另外一面一坨大大的黑色圆圈,和我差姐自己的上面一个小芯片,就是U 盘的主控。网上拆解那一大坨黑黑的就是安国的主控(有个很不好听的外号叫做牛屎主控哈哈)。

  看到这里大家应该懂了吧,又有主控又是 NAND 颗粒,就差个缓存了,其实U 盘的结构和工作方式就和固态硬盘差不多。 U 盘的全称就是 USB 闪存盘,就差不多是「使用 USB 接口的固态硬盘的」的意思。

  由于它俩实在挺像的,基本上节省了给大家普及原理和工作方式的时间,把它俩当成同类型产品的乞丐版和高配版就可以。那么既然它俩的结构和工作原理都差不多,那为什么 U 盘和固态硬盘在速度,容量和寿命方面差这么多呢?

  在好几年之前,同样价格的 U 盘容量是比固态硬盘少上不少,大容量的 U 盘特别贵。所以在那个笔记本都上 256G 固态的年代大家都喜欢买 8G,16G 的 U 盘。

  这是因为固态硬盘空间比较大,可以用生产难度比较小的多个颗粒组成大容量,比如那个时候 256G 的 U 盘通常会有4~8 个闪存颗粒。而U 盘往往只能放一个闪存颗粒,在没有新技术出来之前(比如 MLC 固态硬盘时代使用 TLC 降低成本),高密度的闪存颗粒通常贵到飞起。

  而随着 TLC 设置甚至 QLC 的出现,加上闪存颗粒生产成本的降低,就连固态硬盘都开始使用单颗粒了(比如前几章出现的西部数据 SN550 就是只有一个闪存颗粒),所以现在同样价格的固态硬盘和 U 盘容量基本都差不多。也出现了 512GB 甚至 1TB 的小 U 盘(Nvme 固态硬盘套壳那种不算),但不对比价格的线TB 的固态硬盘来讲容量还是比较小。

  现在同样容量的固态硬盘和 U 盘价格对比 - 爱国者 Aigo 256G 固态硬盘价格

  现在同样容量的固态硬盘和 U 盘价格对比 - 爱国者 Aigo 256G 固态 U 盘价格

  另一个大家最突出体验到的点就是 U 盘和步态硬盘的速度差异。比如复制和读取文件,即使在机械硬盘的时代,大家也能感觉到U 盘还不如机械硬盘来的快呢,更别说现在固态硬盘的时代了。这个差异简单来解释就是主控性能和通道数的锅。由于供电和散热比较好,固态硬盘一般拥有性能比较好的主控,而且固态硬盘使用 SATA 和 M.2/PCIE 等接口带宽更高。

  更好的主控性能让固态硬盘主控可以运行更复杂的数据压缩和分配算法,主要是支持更多的闪存通道。上一章我们学到主控是通过闪存通道和闪存颗粒交互数据的,性能越强的主控就能支持同时更多的闪存通道交互数据。

  比如一个固态硬盘上有 8 个固态颗粒,然后固态硬盘的主控支持 8 通道,就可以利用自己的处理能力把数据分成八份分别平均同时读取或者写入 8 个颗粒,假设一个通道的速度是 1GB/s(目前旗舰固态主控就是这么个速度)那么八个通道就是 8GB/s。

  而 U 盘主控一般都是单通道,偶尔会有 U 盘用两个闪存颗粒组成双通道。受制于功率和工艺散热等影响,主控性能一般很渣,一个通道处理数据的速度通常只有 100MB/s

  我们上面讲的这些速度还只是顺序读取的最佳情境,换上写入甚至对主控性能和算法要求更高的随机写入那差距就更大了,U 盘速度跌到个位数也是正常的(虽然我们经常调侃垃圾固态是大号 U 盘,但是再差的固态,即使用的最烂的固态主控性能也是好过 U 盘的)。

  另一个重要的区别是固态硬盘支持读写同时进行,而 U 盘同一时刻只能读或者写。上上一章原理我们知道 NAND 闪存颗粒读写的电压都是不一样的,TLC 这种还要分出好几个阈值电压,U 盘主控没办法做到这样精细的电压调控,所以同一时刻在同一内存通道内只能读或者写,而固态主控可以轻松做到精准的电压调节,同一内存通道内可以支持同时读和写,这样速度又产生了成倍的差距。

  另外由于之前 USB2.0 接口的速度上限不高,即使到了 USB3.1 和现代储存接口 M.2 等速度上限差距还是比较大,所以U 盘一般没有缓存(好消息是没有缓外掉速,坏消息是不掉速也没啥速度),再加上性能限制纠错算法和垃圾回收算法 TRIM 的缺失,特别是现在都用上 TLC 甚至 QLC 颗粒,这几样东西的缺失还是对速度影响很大的。

  最后在实际使用过程中体积比较小的 U 盘也容易积热,复制文件时间稍微一长, U 盘主控和颗粒的性能都会急剧降低。举个经典的例子,大家伙儿小时候如果有拿着 U 盘去网吧复制游戏的经历就懂了,开始还有十几 MB 的写入速度,那想着有半个小时应该能复制完了吧,结果电脑店买的 U 盘坚持不到 10 分钟就萎了,我试过最慢的甚至只有 1~2KB 每秒写入,等得那个急呀,真是痛苦的回忆。

  很多人都会发现 U 盘用得越久,装的东西越多就越慢,根本原因就是 U 盘纠错算法质量差和垃圾回收算法 TRIM 的缺失。这个时候只需要手动格式化一下 U 盘,把数据全部清空,就能恢复原本的速度了。

  说完速度就要说说寿命了,很多人其实对 U 盘的寿命没有什么感觉,因为很少有人把 U 盘当做主力储存设备来用,都是用来临时存个文件什么的。

  但 U 盘这个东西很神奇,大部分人的 U 盘都能用很久,有时候它却莫名其妙的就会自己挂了。从结构原理大家就可以看出来,这玩意儿是不够那些正儿八经的硬盘靠谱的,所以千万千万不要把重要文件只放在 U 盘上。可能大家想不到,我经常会收到一些相关的求助,比如有很多老师真的就只把课件和自己做的备课笔记什么的全都只放在 U 盘上,很多学生上班族也把自己制作的 PPT 什么的都放在 U 盘上,甚至我还看见过小说作者只在网吧码字,把自己辛辛苦苦写的小说和大纲都放在 U 盘上,然后没有的。

  U 盘挂掉之后再怎么四处求助,这些数据一般不付出很大代价是恢复不回来的了(虽然 U 盘没有 TRIM 和垃圾回收算法还有机会恢复数据),虽然后面安全部分我会详细给大家介绍,如何保证数据安全,但是在这里还是要提前提醒一下大家,即使做不到 123 原则,重要数据也一定要放在两个以上的地方。

  说回 U 盘和固态硬盘寿命差距的根本原因,还是在于主控性能和闪存颗粒质量数量。

  首先是闪存颗粒的质量,U 盘上的闪存颗粒一般速度不高性能要求也不高(毕竟主控性能摆在那里),基本上用的就是最烂的颗粒。即使是大牌子,不会用一些乱七八糟的东西,用的基本也是 TLC/QLC 等等当前性能最差容量最高的技术,原厂白片等就更加不要想了,大牌子用黑片(简单解释就是晶圆厂不合格的颗粒,屏蔽一部分坏掉的继续用)也是偶尔会出现的(比如上面的金士顿 U 盘用量产工具识别到就是用的东芝黑片)。

  更别说小牌子,或者我们在学校门口,电脑店火车站等等地方买到的杂牌 U 盘了。用降级片(就是有瑕疵的合格颗粒)是良心,用黑片是常态,用回收回来的二手黑片也一大把,就这种质量的 U 盘用着用着突然暴毙也就很正常了。

  上一章我们学到了固态硬盘主控的作用,里面有一大半都是用来提升颗粒寿命的,而这些方法很多都是要多个闪存颗粒才能实现。比如磨损均衡就是把数据平均摊到不同的颗粒上,减少每个颗粒的 P/E 次数,写入的时候平摊到每个颗粒,也能减少写放大效应。

  但 U 盘它没有啊,一般 U 盘只有一个闪存颗粒,高端的也是只有两个,磨损均衡都不知道去哪均衡,加上天天逮着一个闪存颗粒薅,写放大效应那是超级加倍。再加上用的 TLC/QLC 等等这类寿命本来就短的颗粒,主控还没有性能去运行相关的纠错垃圾回收算法,那真是所有 debuff(负优化)都集齐了。

  这就是 U 盘标称寿命很长,但用起来随时暴毙体质的由来。如果你对 U 盘的速度掉速和寿命都没有什么概念的话,可以试试淘宝买一个便宜的 U 盘,然后下载迅雷并把下载文件夹设置为 U 盘,随便下两部电影你就懂了。

  很多朋友还会发现,市场上超级多山寨 U 盘,很多都是直接明目张胆用大牌子的商标。经典受害者就是金士顿 Kingston(谁让他卖的最好呢),假货多到销量是真货的三倍,泛滥到金士顿最后都不管了。不像固态硬盘,虽然也有山寨的,但起码人家还会起一个比较容易混淆的名字不是直接盗版大牌子。

  因为 U 盘对技术要求比较低,如果你去闲鱼逛逛,你就会发现有一大堆自制 U 盘的卖家,便宜的贵的用什么技术的都有(没有贬低的意思,我自己也买了几个用手机 UFS 芯片改造的 U 盘,性价比很高,前提是会挑)。

  对于奸商来讲同样如此,制作假 U 盘实在太简单了,一大堆伪劣假冒的主控芯片可以选,一大堆来路不明的闪存颗粒可以买,焊接起来刷个固件就是一个 U 盘了,比起市面上低性能的 U 盘,用起来还差不多。

  而固态硬盘就没有那么好制作了,起码要有一点研发能力和渠道。比如大批量的主控芯片需要比较正规的厂家才能采购,起码得有正常的品牌名。同时闪存颗粒数量一多,主控性能一上去,还要加上缓存芯片,SATA/M.2/Nvme 控制器什么的比起 USB 来讲也复杂很多,对电路板的设计还有多通道什么的要求就多起来了,一般人还真搞不定。像是直接把 U 盘套个固态壳子卖的买家通常也能直接发现(毕竟性能实在差太多了)。

  闲鱼上的山寨和自制固态硬盘非常少,很多都不敢放出读写速度,这些其实就是自制 U 盘套了个固态的壳

  现在我们去电商平台搜索,会发现现在贵一点的 U 盘通常都会打上高速 U 盘的口号,质保期限也跟固态硬盘那样敢喊 5 年质保了。

  这些其实就是现在比较流行的固态 U 盘。听起来好像很高端,像是固态硬盘一样,其实就是把 U 盘的主控换成了固态的主控。

  一方面是现在 USB3.0,3.1 和 Type-C,雷电接口开始普及,速率大大提升;另一方面是固态主控的制造技术制程和成本下降,固态主控的功率和发热量都能塞进 U 盘里。虽然还达不到真正固态硬盘主控的程度,高端一些的产品也能达到 400-500MB/s 的顺序读取速度了,这个速度都已经快达到 USB3.0 的速率上限,可以制作 Win10 to Go 移动系统盘并且流畅使用了。

  优点比较直观,但是固态 U 盘也不是没有缺点。首先就是同容量下会比普通 U 盘甚至固态硬盘都贵,毕竟固态主控和 U 盘主控不是一个价,做到 U 盘里的固态主控和普通固态主控也不是一个价。加上高速的优点和卖点溢价,这类 U 盘通常不便宜,没有特别便携要求的朋友直接上移动固态硬盘会更加有性价比;另一个缺点是固态主控发热会比较严重,如果没有很好的散热持续工作性能下降很明显,这也是为什么大部分固态 U 盘都是金属外壳,比如我自己用的自制 U 盘和爱国者的固态 U 盘,复制电影什么的手摸上去都会温温的,如果上个 Win to Go 什么的那温度会更高。当然散热比较好是不会有掉速的,只不过金手外壳重量和价格又要上去了。

  说到我们广泛实用并且非常熟悉的小型储存设备,除了 U 盘以外自然就是内存卡了。内存卡诞生之后,凭借着自己微小的体积和方便的安装方式迅速普及,即使到现在还是绝大部分设备扩展储存空间的首选。

  内存卡曾经有很多个类型,比如索尼的 MMC,记忆棒,M2 卡,MiniSD 卡等等。现在我们主要使用的内存卡就只有两种类型:SD(Secure Digital,虽然一点也不安全) 卡 和 Micro SD(也就是之前的 TF) 卡。

  有些 Micro SD 卡在包装盒上还会附赠一个卡套,用来转成大的 SD 卡。现在的的 SD 卡一般都是摄影设备,比如数码相机和摄像机用的比较多,而小型设备都用 Micro SD 卡。而内存卡的进化也是非常迅速,我之前手上还有一个不到 1MB 内存卡(弄丢了蛮可惜的),而现在 1TB 的内存卡也已经可以在网上买到,重点是它俩的大小一模一样。

  Micro SD 卡还不太清楚,SD 卡拆开后里面的结构就比较明了了,是不是看起来和 U 盘非常像?没错,内存卡其实也和 U 盘甚至固态硬盘一样,都是 NAND 闪存颗粒加主控的工作模式,甚至用料都很类似,比如图上那个金士顿的内存卡就是熟悉的 TLC 颗粒加上群联的主控。

  更小的 Micro SD 卡其实也是类似,不过由于体积实在太小了,主控都是特别定制的内存卡主控,底下放置的闪存颗粒同样密度也变得特别大。

  既然工作方式和组成结构都类似,那么上面介绍到的 U 盘与固态硬盘的容量速度寿命等对比也可以套用到内存卡与 U 盘或者内存卡与固态硬盘的对比上,就不用重复介绍了。甚至这个体积内存卡的主控比 U 盘主控性能差得更多,基本上就真的只有单通道和基本的数据控制功能了,多的那是一点没有。

  过小的体积导致主控算力严重不足,和 U 盘相同的原因让内存卡的容量,速度, 寿命比起 U 盘再下一个台阶。也导致使用时候更加容易发热,让原本就不剩多少的性能再次下降。

  很多时候我们不仅要将内存卡插到各种设备内部使用,也要把内存卡通过 USB 等方式插到设备外部传输数据(比如最常见的通过 USB 插到电脑上)。如果设备没有内存卡插槽,就需要借助读卡器来将内存卡变为一个类似 U 盘的东西。

  甚至我们上面提到的卡套,也就是把 Micro SD 卡转成 SD 卡的东西,严格来讲也算是一种读卡器。读卡器的结构相对简单,里面主要就一个卡槽和一个主控,负责将内存卡的 SPI/SD 协议转化为 USB 协议。

  很多人对读卡器没有什么概念,觉得能用就行,但其实读卡器也分不同的 USB 等级支持,甚至使用不同读卡器对内存卡的速度和寿命有比较大的影响。

  像是以前我们常见那种都是 USB2.0 的读卡器,速度即使全速也就 60MB/s,更别说这种级别读卡器主控一般特别差,内存卡插上去通常只能跑十几 MB/s。

  所以我们必须要按照下面操作讲解去看内存卡的速度等级,然后购买对应的读卡器或者直接上最高级的读卡器(反正也不贵),现在购买读卡器就直接上支持 UHS-Ⅱ 的读卡器,主控性能更好,同时插大卡和小卡也能跑满速度,而且免得以后升级那种卡还要换读卡器。

  主控性能差的读卡器不仅让上面的内存卡速度变慢,传输数据时不稳定的电压和不靠谱的算法还会影响内存卡的寿命。实际上影响比我们想象中还大,很多人的内存卡就是因为用了质量差的读卡器而提前「寿终正寝」。

  其实别看内存卡小,它的各种规范参数反而比 U 盘更加详细,甚至大部分都印在了内存卡面上。

  像是型号容量这些就不说了,大家都能看出来,剩下这些符号也把内存卡的基本性能都标注出来了。

  而且内存卡的参数标准标的比较实在,不像是 U 盘和硬盘等其他设备厂家通常都用顺序读取速度来标注,而且还有应用表现等级(Application Performance Class)这种针对移动设备应用运行的标准,把发热掉速都考虑进去的标准,直接标注随机和连续性平稳写入最低速度。

  先说一个跟容量相关的 SD 容量标准,也就是内存卡上面最大个的那个图标标明了内存卡的类型。

  SD 卡容量标准与总线对应的速度和 SD 协议版本,图片数据来源:SD 联盟/p>

  其中 2GB 的 SD 标准我们现在基本已经见不着了,2-32GB 的 SDHC 也越来越少,目前市面上绝大部分都是 UHS(Ultra High Speed)SDXC 卡。更新的标准不仅是更大的容量和速度上限,更新 SD 协议版本也能让主控性能更加优化,把稳定性和寿命也提上来。支持 UHS-Ⅲ 的内存卡速度甚至已经逼近了 SATA3 固态硬盘的最高速度。

  有些品牌还会有超频 UHS 内存卡这种神奇的东西,就是将内存卡里面的主控性能超频,以达到比标准更高的读写速度,但是发热和价格也会更加感人,除非你经常需要传输大量素材,不然没有必要上这种卡。

  通常来讲C10(甚至可以说 U1) 是现在最低标准的内存卡,低于这个等级的都是当电子垃圾处理。Video Speed Class 比较好看,V 后面跟着的数字是多少最低顺序写入速度就是多少。

  有些内存卡不会标这个,但是有标这个的话是非常良心的,因为这个标准不仅规定了最低速度,而且还是随机地写入读取速度,还有一个把发热掉速等等原因都考虑进去的,连续性平稳写入最低速度,除了速度以外还考虑到了 IOPS,也就是我们第二章介绍到的每秒处理读写命令次数,最贴合用户实际的使用场景,A1/A2 都表示即使移动设备安装应用到这张内存卡上也能保持使用流畅。

  另外只有达到这个标准一些特殊的功能用起来才不会掉链子,比如安卓 Android 设备上把应用装到内存卡的功能,就需要内存卡的质量和性能都很不错,不然像是应用这种频繁交互的东西用起来就卡出翔。

  怎么样,这样看是不是内存卡标注的参数非常良心也通俗易懂,以后我们购买的时候只要直接看卡面就能清楚地知道这个内存卡的大概性能了。

  三星还捣鼓过一个比目前内存卡性能高很多的用手机上常见的 UFS 协议的内存卡,不仅针脚完全不同,连样子都不一样,插不进普通的内存卡插槽。不过性能完全秒杀现在最高的 UHS-Ⅲ,达到 SATA 固态的水平。

  可惜这玩意儿三星推不起来,干打雷不下雨,最后连三星自家的设备也不支持了。

  最后再简单讲讲一个 SD 卡上有,而 MicroSD 没有的开关,就是可以往上推的写保护开关。这玩意儿跟之前我们介绍的软盘上的写保护开关类似,也是向上推就禁止写入。不过它就是一个提供给设备识别的塑料块,写保护功能需要设备支持,随着现在有写保护开关的内存卡越来越少,很多设备直接就不认这个开关了,就算把写保护开关打开的内存卡去,也照样能写入数据。

  随着智能手机崛起,MP3,MP4 之类的东西成为时代的眼泪,甚至智能手机和平板大部分都不支持内存卡拓展,现在我们使用内存卡的场景大概也就是数码相机、摄像机、HiFi 音乐播放器、 Nintendo Switch 游戏机之类的了。

  普通的数码相机和摄像机就直接参考 Video Speed Class 后面的视频格式,按照现在的标准只要达到 8K 视频的最低标准(也就是 V30)以上,就可以完全无压力拍摄 4K 视频或者全画幅照片连拍。

  而如果你的手机还支持内存卡扩展的话,就像上面提到那样建议购买 A2 等级的内存卡,这样无论是拍照录像还是把应用数据直接放在内存卡上,都没有太大的压力。很多人担心内存卡会不会降低手机速度,这也是很多手机厂商不支持内存卡的原因,但根据我使用多年并且目前还在使用,支持内存卡并且是对性能下降比较敏感的旗舰智能手机的经验来看,即使把通话录音、拍照摄影、不要太多的应用数据、海量的音乐电影等放在 256GB 内存卡上,也不会影响手机的速度。

  至于 Nintendo Switch 和无损音乐播放器这两个设备使用内存卡的实际情况刚好和大部分人想象中反过来。

  大家会觉得 NS 往往需要比较高性能的内存卡,不然游戏会卡加载会慢,但实际上我试过高速和低速内存卡,游戏运行没有区别,加载速度低速内存卡略微减慢,但内存卡本来就慢,所以也感觉不太出来。

  反到是 HiFi 播放器对内存卡更加敏感,如果你使用一般的低速内存卡播放 192Khz 36Bit 以上的 FLAC 或者 DSD 无损音乐,播放会稍微卡顿,听着有点难受。一般要听这种级别的无损音乐,至少也要 V30 以上的内存卡(另外讲个比较玄学好玩的事情,部分发烧友是真的会认为内存卡会影响音质的~)。

  理论上如果不是在特别高速或者长时间持续写入的情况下是不会有任何区别的,但是实际上经过转换会稍微有点性能损失。

  而且用的不是内存卡送的原装卡套的话,还会因为公差导致插得不够紧,插件数码相机等地方长时间摇晃震动有时候会出现链接丢失的情况。我自己用的相机就是小卡转大卡,目前没有出现过任何状况。当然如果你是特别高端的相机,经常拍 4K60 或者 8K Raw 这类超高清视频,或者数据特别重要,就靠内存卡上的数据恰饭或者只有一次机会捕捉数据,那就别用小卡套卡套了,老老实实地买高速 SD 卡或者外接固态。

  了解完两个储存设备的结构原理和参数,接下来我们就教大家如何测试一下自己 U 盘和内存卡的实际速度,这里可以用我们之前测试机械硬盘和固态硬盘的软件来测试,但是我推荐另一款专门测试 U 盘内存卡等闪存设备的软件ATTO Disk Benchmark。

  ATTO Disk Benchmark 比起其他测试软件的优势在于,它可以一次性模拟很多个块大小,精准反映出不同文件大小比例对闪存设备速度的影响,覆盖比较广的用户日常使用情景,一次性给出的结果也比较直观。

  测试前要注意两件事,一个是测试的时候记得插在电脑最快的接口上,另一个则是使用最快的或者说速度等级正确的 USB 读卡器。不然测试出来的结果通常不是设备的速度,而是接口或者读卡器的速度上限。

  可以看到固态硬盘、U盘、内存卡三个不同类型的储存设备,读写速度和 IOPS 差距形成了明显的三个层级。

  大家还可以多进行几次测试,测试一下 U 盘的散热情况,还有过热掉速的性能,某些 U 盘和内存卡即使初始速度很好,但是持续写入之后很快会过热,速度哗哗地掉。

  关于购买时常见的扩容 U 盘和扩容内存卡,以及其他常见的坑,我们放到选购这一章再讲。

  以前上电脑课或者在日常使用的时候,我们应该会有被老师朋友或者同事说过一定要在拔出 U 盘或者读卡器之前先右下角弹出或者卸载驱动器再拔。但是这玩意儿很讨厌,有时候明明没有任何应用打开,却卸载不了驱动器。

  就因为如此有些人,比如我,有时候是忘记有时候是实在懒得卸载,直接就把 U 盘或者读卡器拔掉,那么这样子做会不会对储存设备有损害呢?

  在以前可能还会有损害,毕竟卸载不掉驱动器的时候有可能后台会有一些写入,直接中断可能会造成文件系统混乱,很多人也见过 U 盘里面的文件名变成乱码,或者多一些信息怪怪的文件,就是文件系统混乱。Windows 对于移动驱动器的优化也会导致文件丢失,简单来讲就是 Windows 会提前显示文件复制完成成,然后再在后台慢慢放到 U 盘或者内存卡里,这个时候如果立刻拔掉,其实文件是没有写到 U 盘里面的。

  但是现在基本不用担心了,直接拔 U 盘和内存卡并不会造成损害,因为微软知道其实没有人会每次认认真线 之后默认驱动器策略就是「快速删除」,用稍微降低读取写入速度的代价换来随用随拔的方便。

  在 Windows 键上右键选择磁盘管理,在对应磁盘右键选择属性 ->

  策略,就可以更改是更好的性能还是快速删除

  [1]. 内存卡相关的标准和速度等级可以直接查看国际 SD 联盟网站制作的一系列很详细的规格介绍。

  [2]. 关于谁是 U 盘发明者直到现在争议还蛮大的,我找了很久也没有找到比较合适的资料,感兴趣的同学可以自己找找看。

  [3]. 对三星倒腾的 UFS 内存卡感兴趣的朋友,可以直接在这个地址下载到它们的白皮书。

  U 盘和内存卡虽然一个比一个小,便携性拉满,但很多时候人们并不需要这么便携,反而对容量速度还有稳定性有比较高的要求,这个时候移动硬盘就是比较好的选择了。

  其实无论是机械移动硬盘还是固态移动硬盘,她们的本子都是一个独立的硬盘套壳,再加上一个电路板用来将硬盘协议转化成 USB 协议以及给硬盘供电。

  市面上绝大部分移动硬盘都是这样,直接把市面上卖的硬盘套进一个自己设计的壳子里。毕竟移动硬盘对便携性要求不是太高,要是集成度太高移动硬盘的性价比就没有了(虽然也有为了数据安全做成一体的三防移动硬盘与指纹识别移动硬盘)。所以市面上更多的是卖各种移动硬盘盒,让用户自己购买里面的硬盘。

  但是前面几章我们也学到了,无论是机械硬盘还是固态硬盘,它们对供电稳定性的敏感度还是很高的,有时候你摔几下都不一定能摔坏硬盘,但停电一次硬盘就有可能和你的数据一起灰飞烟灭。所以移动硬盘盒的性能和安全性还是得看它的主控,主控型号和性能就是移动硬盘最重要的参数,而不是一些花里胡哨的透明外壳之类的。

  对于机械硬盘来讲,移动硬盘盒的主控性能对寿命影响比较大,速度上可能看不太出来;但随着 USB3.1,3.2 接口的普及,主控性能对固态移动硬盘的影响就比较明显了,比如我们手上如果有一块 M.2 的 PCie3.0/4.0 固态,动不动就能跑 3GB/s,那么它对供电质量的要求是非常高的,如果是普通的固态硬盘盒不仅速度会比性能好的主控慢,供电不稳还容易导致固态硬盘寿命缩短。

  比如某个主控某个固件版本会有不安全断电的 BUG,每拔出一次就会增加一次固态硬盘的不安全断电次数,对固态硬盘特别是对高端固态硬盘的伤害是特别大的,但用户完全不会知道。

  以前人们为了大容量性价比通常会选择机械硬盘来做移动硬盘,但现在大容量固态硬盘的价格逐渐下来,加上USB 接口的速度上限也超过了 SATA 接口,而固态硬盘不仅重量更轻,能做得更小,还没有机械硬盘怕震动怕摔的毛病。所以除非是有很大容量要求,现在购买移动固态硬盘或者移动固态硬盘盒的用户越来越多。

  市面上也出现了像爱国者 S7 Pro 这种迷你固态移动硬盘,既不用像 U 盘那样为了体积牺牲性能速度和寿命,也不像机械硬盘那样有机械部件的限制,体积特别大才能做到大容量。把体积稍微放宽到两个 U 盘那么大之后,就能轻松的塞进去 1TB 的 NAND 闪存颗粒和一个不错的主控,同时也能放进像是证件夹甚至钱包等小地方,保持非常好的便携性。

  爱国者 Aigo 迷你固态移动硬盘体积差不多是削了一半的 Airpods 充电盒,速度也挺不错的

  当然如果你比较追求性价比,极致性能或者 DIY 的话,也可以像我一样去挑个自己满意的主控版,然后定制自己喜欢的外壳材料和图案,最后再买个自己满意的 M.2 固态,做一个比 U 盘大不了多少,同时没有妥协的 DIY 移动固态硬盘出来。

  DIY 固态移动固态硬盘,主控 RTL9210 最新固件,速度可以说是杠杆的

  在使用章节我会详细教大家怎么去更好地使用移动硬盘和一些简单的 DIY 技巧。

  其实有一个非常普遍使用的储存设备往往被人们忽略,那就是我们每天都在使用的智能手机。

  到现在智能手机已经逐渐取代其他设备,成为人们日常使用的绝对主力数码设备。通常来讲,手机里面的空间寸土寸金,智能手机的容量速度要求也越来越大,但体积却不能变还要给电池让空间,所以储存芯片也和手机里其它部件一样需要不断缩小,按理说应该会出现和 U 盘内存卡一样的困境。

  但也正因为智能手机成为人们使用的主力数码设备,利润空间充足,各种技术也围绕着它来研发,所以手机上的储存芯片反而容量,速度和技术含量都比较高。

  和电脑等其他设备使用习惯不同,人们在移动设备上不仅会经常切换应用,而且 ARM 移动设备虚拟机沙盒机制让清理后台的频率也会比 X86 设备频繁(iOS 甚至就没有真后台)。这样系统需要频繁将应用数据在运行内存和储存芯片中来回倒腾,加上网络越来越快对于储存芯片速度要求越来越高,根据木桶原理,储存芯片性能对移动设备速度的影响甚至比运行内存还要大。苹果 iOS 系统之所以这么流畅,除了归功于优秀的系统动画设计,很大一部分重点是 iPhone/iPad 等设备很早就用上了 Nvme 固态硬盘(后台墓碑机制也部分得益于此)。

  其实手机的储存芯片结构反而很简单,或者说是没有结构,就单纯是 NAND 闪存颗粒。因为对性能要求很高,同时因为空间原因上不了多个颗粒平衡磨损,所以旗舰智能手机也是目前少有的还在大量使用 MLC 颗粒的设备,不过中低端智能手机一般就是 TLC 了(目前 QLC 好像还没有)。

  那么固态硬盘上另外两个重要的部件——主控和缓存去哪里了呢?聪明的朋友可能已经猜到了,没错智能手机把这两个部件做到了极致 —— 主控(内存控制器)直接做进了 SoC(System on Chip,就是各种不同功能的控制器,包括 CPU 和网络控制器,GPU 等都集合在一个芯片里,我们常听说的骁龙芯片就是 SoC),缓存则直接使用运行内存,这就是为什么手机上储存芯片集成度那么高,性能却能这么好。

  试想下一个骁龙 888 里面的内存控制器做主控,LPDDR5 运行内存做缓存芯片的固态硬盘要卖多少钱,智能手机刚好自带这两个部件。

  除了苹果使用的是自己的协议之外,Android 和其他移动设备之前通常使用的是 eMMC 协议,现在则是 UFS 协议。

  我们看手机发布会通常就会听见这些名词,其实eMMC,UFS 这些就和电脑上的 SATA,Nvme 一样是储存设备的接口和协议,只不过直接走 SoC 内部总线而已。

  eMMC 和 UFS 都是为移动设备而诞生的标准,目标是在性能和功耗体积之间取得平衡。

  eMMC(embedded Multi Media Card,嵌入式多媒体储存卡),名字听起来就不像很现代的储存技术,它就是我们以前移动设备常用的标准,脱胎于 SD 卡的标准,2011 年左右开始广泛在智能手机等移动设备上使用(Android 等智能手机刚出现的时代),主控最多支持 8 个内存通道同时工作,但只能半双工并行传输(也就是同一时刻只能读或写,很有 SD 卡那味)。

  eMMC 有不同版本(最新版本是 5.1A),每个版本的速度也还有 SD 卡那味:

  可以看到即使是 eMMC5.1 速度也就和 U 盘拼一下,把它当做手机上装载系统数据和应用的储存芯片显然「小才大用」了,Android 系统之前版本大家觉得很卡,反应很慢,用久了会越来越卡,原因就是因为这个(毕竟即使是刚出来的四核骁龙 600,性能也是足够的了)。即使到现在,eMMC 也广泛被低端手机和低端平板(比如 Surface Go……)使用,毕竟它也还是有一些优点的,比如协议简单技能要求低、容量大、功耗相对较低等等。

  后来储存厂商和手机厂商们都顶不住 eMMC 的速度,终于推出了 UFS(Universal Flash Storage) 标准,只有两个内存通道,但是每个通道的速度吊打 eMMC,而且支持串行传输全双工模式(也就是同时读和写),而且还有 eMMC 没有的高级功能,比如对于多任务非常非常重要的队列(这样就能同时执行多条指令)、深度睡眠等等。

  特别是队列 CQ 支持,对操作系统而言十分重要,毕竟操作系统每分每秒都要产生和读取很多个临时或者永久的小文件,储存设备 IOPS 越高系统就越流畅。而深度睡眠技术让芯片不工作的时候耗电更加少,提升手机续航,总之 UFS 看起来终于像是个正儿八经的移动储存设备标准而不是 SD 卡标准魔改。

  可惜 UFS1 速度拉不开差距没啥人用,等到 2014 年 UFS2.0 出现之后才逐渐被厂商大规模使用,自从用上 UFS2.0 以后,Android 手机使用体验有了质的飞跃:开机更快,安装应用更快,游戏加载更快,系统反应更快,切换应用更快,下载复制文件更快,同时不会像以前那样越用越卡,让 Android 手机彻底摆脱慢和卡。

  直接查看手机对应型号的官网商品详情或者使用隐秘参数之类的软件就可以看到自己手机上使用的储存芯片类型和版本。

  UFS 也迭代了几个版本,每个版本的读取和写入速度都有巨大的提升,到最新一代 UFS3.1 在手机上已经可以打平普通 Pcie3.0 Nvme 固态了。同时未来 UFS 将会应用到相机,汽车,工业化设备等等更多领域上,有希望成为移动设备通用储存标准。

  大部分数码爱好者和评测博主什么的都喜欢用 AndroBench 这款软件来测试手机的储存芯片速度,测试过程比较直观,也有提供其他设备的排行榜,方便对比自己的手机处在什么样的位置。

  但是 AndroBench 最后更新是 2016 年了,到现在界面都不适配,虽然有排行榜功能但是貌似打不开了,而且各平台也不好横向比较。这里我给大家推荐另一款开源跨平台的储存性能测试软件 CPDT Benchmark。

  CPDT Benchmark 有着很酷的命令行界面,而且支持跨平台(Windows,macOS,Linux 和 Android,iOS),更新很勤快而且开源,简单排行榜什么的也都有,最重要的是可以调整测试文件大小,可以测试关闭内存和写入缓存后的速度,是我首选的手机储存性能测试工具。

  CPDT Benchmark 界面与手机储存性能测试结果,第二个结果是打开内存和写入缓存测试的

  记住 CPDT Benchmark 默认是关闭内存和写入缓存的,测试结果不可以直接和其他软件比较。

  按照 CPDT Benchmark 官网的建议,为了让结果更加准确,大家测试的时候要关闭所有后台程序,如果不确定有没有后台下载,最好关闭网络连接。同时要进行三次以上的测试,选最高的一项,如果设备性能比较好可以把测试文件用量从 1GB 提升到 2GB。

  另一个重要的点是要**保持可用储存空间容量不要超过 70%**,在手机上剩余储存空间对手机性能影响很大,原因是系统会生成很多临时文件用来加速平时的运行(比如 Android 内置储存 DCIM 目录下的 .thumbnail 文件夹就放着所有照片的低分辨率缩略图,Data 目录下还会有每个应用生成的临时文件),这些文件的容量可不小,如果储存空间不足,以放置这些临时文件,那么系统自然就会变慢(打开相册的时候列表加载不出来,应用打开之后要空白好久重新生成数据等)。

  其实设备的总容量也会对性能有很大的影响,比如 iPad Mini6 就有 64G 和 256G 两个版本,储存芯片速度相差好几倍,刚好和容量相差倍数差不多,估计就是内存通道数量差别,不过实际使用体验倒是差别不大

  本章我带大家了解了 U 盘、内存卡、移动硬盘和手机储存芯片的结构原理和常见的参数,让大家知道为什么这几个储存设备工作方式类似,但是却有着截然不同的容量速度和寿命。看完这篇内容,特别是后面几个储存设备的介绍,大家印象最深刻的应该是主控真的特别重要了吧。

  而且到这里我们已经把现在常见的储存设备仔仔细细里里外外都介绍了一遍,从最根本的原理到实际的参数全面覆盖,可以说你现在已经是大部分储存设备的半个专家了(恭喜恭喜

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